[发明专利]一种增强型硅基光电二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅基光电二极管，更具体地说，涉及一种紫外选择性、紫外响应度大幅增强型硅基光电二极管及其制作方法。

背景技术

目前，随着微电子技术和集成电路工艺的快速发展，紫外光电二极管在响应度、量子效率、集成度等方面的性能取得了明显的改善。目前紫外光电二极管主要有光电发射型紫外光电二极管、宽能带间隙半导体型紫外光电二极管和硅基PN结型紫外光电二极管三类。光电发射紫外光电二极管价格昂贵，体积大而且容易碎，它们易疲劳和老化，使得它们的灵敏度降低，它们要避免高密度的辐射，储存时需放在阴暗处，而且需要外加很高的反偏电压，所以应用受到了限制。宽能带间隙半导体，如SiC，GaN，GaAs，AlGaN，ZnS和钻石等，这些材料很难用于工艺过程，晶体质量也不如Si，价格昂贵，不稳定，不能与微电子工艺兼容。从而发展受到限制。

硅基PN结型紫外光电二极管体积小，制作工艺简单，且能与硅工艺兼容，成为了目前紫外光电二极管发展的方向。为了增强紫外响应度、量子效率和响应时间方面的性能，一般采用条纹型或叉指状光电二极管和紫外增强型光电二极管结构，利用二极管的侧边结来响应紫外信号。

但是由于硅材料对紫外/蓝紫光具有非常浅的吸收深度，主要原因是硅材料中的紫外/蓝紫光的吸收系数很大，几乎所有的波长小于380nm的光波在距离硅表面100nm以内的深度被完全吸收，传统的标准CMOS 工艺下制作的紫外光电二极管对可见光/近红外光表现出很强的响应，从某种以上说，它们的紫外选择性很差，背景噪声干扰很大，在紫外火焰检测、紫外报警等应用上的出错率较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种增强型硅基光电二极管及其制作方法，以实现紫外光电二极管结构简单、制作容易，且具有高紫外选择性、高紫外响应度、低响应时间等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种增强型硅基光电二极管，包括: 

P型硅衬底；

设置在所述P型硅衬底上的高压N阱层；

设置在所述高压N阱层上的P阱层；

设置在所述P阱层上的低掺杂N型层；

设置在所述低掺杂N型层上，形成条纹状八边环形，构成感光阳极以及导电阳极的第一P+注入层；

构成所述P型硅衬底电极引出端的第二P+注入层；

构成所述高压N阱层电极引出端的第一N+注入层；

构成所述P阱层电极引出端的第三P+注入层；

构成所述低掺杂N型层电极引出端的第二N+注入层，所述第二N+注入层构成器件的导电阴极；其中：

所述构成电极引出端的第一N+注入层、第三P+注入层和第二N+注入层通过金属铝连接；

所述设置在所述低掺杂N型层上，形成条纹状八边环形，构成感光阳极以及导电阳极的第一P+注入层与所述低掺杂N型层形成光电二极管结构；

所述低掺杂的N型层与所述P阱层形成第一寄生光电二极管结构；

所述P阱层与所述高压N阱层形成第二寄生二极管结构；

所述第一寄生二极管和第二寄生二极管成背对背构造。

一种增强型硅基光电二极管的制作方法，包括以下步骤：

对P型硅衬底进行氧化、刻蚀工艺；

在所述P型硅衬底上注入磷离子，形成高压N阱层；

在所述高压N阱层上注入硼离子，形成P阱层；

在所述P阱层上注入磷离子，形成低掺杂N型层；

在所述P型硅衬底、P阱层和低掺杂N型层上注入硼离子，形成P+重掺杂层；

在所述高压N阱层和低掺杂N型层靠近边界处分别注入磷离子，形成N+重掺杂区； 

光刻掩膜板，刻蚀出条纹状P+阳极、N+阴极，以及从P型硅衬底、高压N阱、P阱及低掺杂N型层的体区引出铝电极。

优选地，所述在所述P型硅衬底上注入磷离子，形成高压N阱层的步骤具体为：

在P型硅衬底上通过热氧化法生成一层二氧化硅薄膜；

在所述二氧化硅薄膜上通过低压化学气相淀积方法淀积一层氮化硅，作为掩膜板

利用光刻胶光刻掩膜板形成高压N阱层离子注入窗口；

通过所述高压N阱层离子注入窗口注入磷离子，形成高压N阱层。

优选地，所述在所述高压N阱层上注入硼离子，形成P阱层的步骤具体为：

通过硫酸溶液去除形成高压N阱层时的光刻胶；

利用磷酸湿式刻蚀法去除形成高压N阱层时的的氮化硅层； 

重新利用光刻胶光刻掩膜板形成P阱层离子注入窗口；